沉管法施工技术讲义（PPT40）

10.沉管管法法施施工工技技术术10.1基本本原原理理沉管管法法：在隧隧址址附附近近修修建建的的临时时干干坞坞内(或船船厂厂船船台台)预制制管管段段，用用临时时隔隔墙墙封闭闭，，然然后后浮运运到隧隧址址规规定定位位置置，，此此时时已已于于隧隧址址处处预预先先挖挖好好水底底基基槽槽。待待管管段段定定位位后后灌水水压压载载下下沉沉到设设计计位位置置，，将将此此管管段段与与相相邻邻管管段段水下下连连接接，经经基础础处处理理并最最后后回填填覆覆土土即成成为为水水底底隧隧道道。。在已已修修筑筑好好的的干干坞坞内内预制制管管段段一般般由由敞开开段段、、暗暗埋埋段段、、岸岸边边竖竖井井与与沉沉埋埋段段等组组成成。。沉埋埋段段两两端端通常常设设置置竖井井作为为起起讫讫点点，，竖竖井井起起到到通通风风、、供供电电、、排排水水和和监监控控等等作作用用。。根根据据两两岸岸地地形形与与地地质质条条件件，，也也可可将将沉沉埋埋段段与与暗暗埋埋段段直直接接相相接接而而不不设设竖竖井井。。沉管隧隧道道的组组成成整体体结结构构：水下下沉沉管管隧隧道道的的整整体体结结构构是是由由管管段段基基槽槽、、基基础础、、管管段段、、覆覆盖盖层层等等组组成成，，整整体体坐坐落落于于河河（（海海））水水底底。。沉管隧隧道道的的横横断断面面结结构构覆盖盖层层管段段基础础基槽槽10.2沉管管隧隧道道结结构构10.2.1沉管管隧隧道道结结构构分分类类按断断面面形形状状：：圆形形矩形形等等按建建筑筑材材料料：：钢壳混凝凝土钢筋混凝凝土按管段的的制作方方式：船台型干圬型船台型1）造船厂厂船台上上预制钢钢壳2）滑行下下水，水水上悬浮浮状态灌灌注混凝凝土3）横断面面一般为为圆形、、八角形形、花篮篮形，多多为圆形形优点：1）圆形，，弯矩较较小；水水深大时时，较经经济2）管段底底面积小小，基础础容易处处理3）钢外壳壳既是外外模，又又是防水水层，同同时保护护内侧混混凝土缺点：1）断面空空间不能能充分利利用；车车道数少少2）隧道深深度增加加，基槽槽土方量量增加3）耗钢量量大，造造价高，，焊接质质量无法法保证，，没完没没了的堵堵漏4）钢壳防防锈问题题、防水水问题。。干圬型1）临时干干圬中制制作钢筋筋混凝土土管段，，外涂防水涂料料2）圬内灌灌水，管管段上浮浮；拖运运到隧址址陈设3）断面多多为矩形形优点：1）管段在在干船坞坞内制造造，不需需钢壳，，节约钢钢材2）断面大大小不受受限制缺点：1）必须在在合适地地点修建建干船坞坞2）需设置置防水层层，并加加以保护护，以保保证防水水性3）混凝土土工艺要要求高，，特别是是水密性性要求4）底面积积大，基基础处理理麻烦10.2.2沉管隧道道结构设设计要点点设计内容容主要有有：总体几何何设计；；结构设设计；通通风设计计；照明明设计；；内装设设计；给给排水设设计；供供电设计计；运行行管理设设施设计计等。（1）横断面面的设计计用干船坞坞制作的的钢筋混混凝土管管段，从从施工的的角度看看，在应应力方面面是不会会有问题题的。决决定横断断面时，，就是要要注意对浮浮力的平平衡。决定断断面尺寸寸时，一一般都按按采用平面框架架结构进行应力力计算。。一般管段段结构设设计横断方向向的钢壳壳断面，，一般决决定于混凝土灌灌注时的的应力。随着混混凝土的的灌注，，吃水深深度增加加，而水水压增大大。设计计断面也也随之变变化。因因此，应应对每一施工工阶段的的混凝土土重量和和水压进进行应力力计算，而后按按最危险险状态，，决定钢钢壳断面面。（2）纵断面面的设计计施工阶段段：主要要计算浮浮运、沉沉设等阶阶段时主主要由施施工荷载载引起的的弯矩，，浮运管管段越长长，所受受弯矩越越大。使用阶段段：弹性性地基梁梁理论计计算纵向向内力钢壳作为为整体梁梁分析，，保证纵纵向发生生变形而而横截面面方向无无显著变变形，可可利用横横柱和支支柱增强强截面的的刚度（3）预应力力混凝土土管段设设计跨度较大大时，并并且土、、水压力力较大时时，采用用管段顶顶、底及及隔墙预预应力设设计，改改善管段段结构的的抗裂性性能。10.3沉管隧道道施工工工艺10.3.1沉管法施施工前期期调查工工作水力调查查：流速、流流向、密密度差异异、潮汐汐、水位位变化、、海海浪和和波浪影影响、水水质情况况地质调查查：地基承载载力、水水下障碍碍物、浚浚挖技术术气象调查查：风、温度度、能见见度等地震调查查：断层位置置、地震震记录、、土层性性质或成成层状态态，特别别注意液液化问题题10.3.2临时干船船坞的构构造与施施工（1）规模取决于管管段节数数、管段段宽度与与长度、、管段预预制批量量，同事事考虑工工期因素素。小型干圬圬：分批制制作瑞典Tingstad隧道（5节管段，，长93.5m，80m，宽30m）：干圬圬3500平米（100××35m）大型干圬圬：一批制制作日本东京京港水底底隧道（（9节管段，，长115m，宽37.4m）：干圬圬81270平米（645××126m）（2）深度保证管段段制作好好后能顺顺利浮运运出坞。。（3）坞底与与边坡坞底20-30cm无筋混凝凝土或钢钢筋混凝凝土（铺铺砂砾或或碎石层层）或1-2.5m的黄砂；；上覆20-30cm砂砾或碎碎石一般坞底底强度不不存在问问题边坡需进行边边坡稳定定性分析析可采用防防渗墙及及井点系系统分批制作作时，需需分析干干圬排水水时边坡坡的稳定定性（4）坞首、、坞门一批制作作时：一一般不采采用坞门门，仅用用土围堰堰、钢板板桩围堰堰；局部部拆除围围堰，将将管段拖拖运出坞坞分批制作作时：双双排钢板板桩围堰堰；单排排钢板桩桩作坞门10.3.3管段制作作（1）施工缝缝、变形形缝的控控制纵向施工工缝：竖竖墙下端端30-50cm处横向施工工缝：垂垂直缝（（水密性性难以保保证）设置垂直直于隧道道轴线方方向的变变形缝，，以防止止管段开开裂，长长短一般般为15-20m（2）底板地层不均均匀沉降降可能引引起管段段裂缝。。一般在在坞底沙沙层上铺铺设一块块6mm厚的钢板板，与底底板混凝凝土浇筑筑在一起起，既防防水，又又防止外外力对底底板的破破坏。或或者用9-10cm的钢筋混混凝土板板代替钢钢板，并并贴上防防水膜。。（3）侧墙与与顶板侧墙外周周可用钢钢板（做做外模板板和侧防防水），，应确保保焊接质质量。也也可用防防水膜，，并做好好防水膜膜保护。。顶板上通通常铺设设防水膜膜，浇筑筑15-20cm厚的钢筋筋混凝土土保护层层，一直直包到侧侧墙上部部，并做做成削角角，避免免被船锚锚钩住。。（4）临时隔隔墙设置于管管段两端端50-100cm处木料、钢钢材或钢钢筋混凝凝土制成成设计时按按最大静静水压力力考虑封端墙上上需设排排水阀（（下部））、进气气阀（上上部）、、人员出出入孔（5）压载设设备石碴、矿矿碴或者者水，多多数用加加载水箱箱每只管段段>4只水箱，，均匀布布置于四四角水箱容量量取决于于干舷大大小、下下沉力、、基础压压重等（6）预应力力张拉管段预制制完成后后，在干干船坞内内全部预预应力一一次施加加完毕。。10.3.4管段浮运运管段制作作完成后后开始向向干船坞坞注水，，检查管管段内部部漏水情情况，一一旦发现现漏水，，立即停停止注水水并修补补。船坞内水水位接近近干舷量量时，向向压载水水箱内注注水，防防止管段段上浮。。完全淹淹没后，，排出水水箱内的的水，使使管段上上浮。浮浮运时干干舷量一一般取10-15cm左右。调调整完后后，打开开坞门，，拽出管管段。一般清晨晨托运至至隧址，，以便沉沉设。提提前12h做好水流流与气象象条件预预报工作作，并提提前2h复核。一一般要求求：风力力小于5-6级，能见见度大于于1000m，气温高高于-30C，可进行行沉设作作业。宁波甬江江沉管隧隧道管段段预制干坞注水水与管段段检漏调调整管段内部部检漏10.3.5沟槽浚挖挖基槽断面面底宽：大大于管段段宽度4－10cm深度：覆覆盖层厚厚+管段高度度+基础处理理所需超超挖深度度坡度：土土层条件件、基槽槽留置时时间、水水流情况况等浚挖方式式挖泥船选选择吸扬式挖挖泥船生产效率率高；成成本低；；开挖面面平整度度好抓扬式挖挖泥船造价低；；浚挖深深度大；；可开挖挖硬土链斗式挖挖泥船生产效率率高；成成本低；；能浚挖挖硬土；；平整度度好；占占用水面面大铲扬式挖挖泥船浚挖费用用高；占占用水面面小耙吸式挖挖泥船绞吸式挖挖泥船链斗式挖挖泥船抓斗式挖挖泥船铲斗式挖挖泥船10.3.6管段沉放放影响因素素：管段段尺寸、、地形、、水流条条件、气气象条件件、航运运条件管段下沉沉全过程程一般需需要2~4h。下沉作业业分为初步下沉、靠拢下沉与着地下沉3个步骤。初步下沉压载至下沉沉力达50％规定值后后校正位置置，之后再再继续压载载至下沉力力达100％规定值，，然后20-50cm/min的速度下沉沉，直到管段底底部离设计计高程4~5m为止。靠拢下沉将管段向前前节既设管管段方向平平移至距前前节管段2~2.5m处，再将管管段下沉到到管段底部部离设计高高程0.5m左右，再次次校正管段段位置。着地下沉先将管段底底降至距设设计高程10~20cm处，再将管管段继续前前移至距既既设管段20~50cm处，校正位位置后即开开始着地下下沉。下沉沉速度缓慢慢，随时校校正管段位位置。管段下沉作作业步骤浮箱分吊法法1-沉放管段;2-压载水箱;3-浮箱;4-定位塔;5-指挥室;6-吊索;7-定位索;8-既设管段;9-鼻式托座a)就位前;b)加载下沉;c)沉放定位浮箱分吊法法管段顶板上上方用4只浮力1000～1500kN的方型浮箱直接吊起，，吊索起吊吊力作用于于各浮箱中中心，前后后每组两只只浮箱用钢桁架连接，并用用4根锚索定位位。起吊卷卷扬机与浮浮箱定位卷卷扬机均安安放在浮箱箱顶部，管管段本身则则另用6根锚索定位位，其定位位卷扬机则则安设在定定位塔顶部部。船组(四驳)杠吊法每组船体由由两只铁驳驳或两组浮浮箱构成，，将每组钢钢梁(杠棒)两头担在两两只船体上上构成一个个船组，再再将先后两两个船组用用钢桁架梁梁连接成整整体船组(前后两个船船组也可不不用钢桁架架梁连接)。船组与管管段各用6根锚索定位位(均为四边锚锚与前后锚锚)，所有定位位卷扬机均均安设在船船体上，起起吊卷扬机机安设在““杠棒”上上，吊索的的吊力通过过“杠棒””传到船体体上。1-沉管;2-铁驳;3-船组定位索索;4-沉管定位索索;5-杠棒;6-连接梁;7-定位塔10.3.7水下连接水下混凝土土连接法应用范围早期均使用用该法，目目前只用于于最终接头头连接。施工方法水中安放圆圆弧形堰板板，围成圆圆形钢围堰堰，往围堰堰内灌筑水水下混凝土土，形成管管段连接。。水力压接法法作用原理利用作用在在管段上的的巨大水压压力使安装装在管段前前端面周边边上的一圈圈胶垫发生生压缩变形形，形成一一个水密性性相当可靠靠的管段接接头。水力压接的的步骤：1）对位；2）拉合；3）压接主要是垫平平基槽底部部，有刮铺铺、喷砂、、压砂法。。刮铺法在管段沉放前采用用专用刮铺铺船上的刮刮板在基槽槽底刮平铺铺垫材料(粗砂或碎石石或砂砾石石)作为管段基基础。采用刮铺法法开挖基槽槽底应超挖挖60~80cm，在槽底两两侧打数排排短桩安设设导轨，以以便在刮铺铺时控制高高程和坡度度。10.3.8基础施工喷砂法从水面上用砂泵将将砂、水混混合料通过过伸入管段段底下的喷喷管向管段段底喷注、、填满空隙隙。砂垫层层厚度1m左右。可沿着轨道道纵向移动动的台架外外侧挂三根根L形钢管，中中间为喷管管两侧为吸吸管。压砂法在管段沉放放后向管段段底面压注注水泥砂浆浆或砂作为为管段基础础。根据压压注材料不不同分成压浆法和压砂法两种。压浆法：开控基槽槽时应超挖挖1m左右，然后后摊铺一层层厚40~60cm的碎石。两两侧抛堆沙沙石封闭槛槛后，通过过隧道内预预留压浆孔孔注入由水水泥、膨润润土、黄砂砂和缓凝剂剂配成的混混合砂浆。。压砂法：与压浆法法相似，但但注浆材料料为砂水混混合物。10.4沉管隧道施施工特点（1）隧道深度度与其它隧隧道相比，，因能够设设置在只要要不妨碍通通航的深度度下，故隧隧道全长可